БИЛИМ БУЛАГЫ

Строение Атмосферы

Как появилась атмосфера?

На нашей планете сначала не было никакой атмосферы. На первичной Земле было много действующих вулканов, которые выбрасывали водяной пар, пыль и множество газов. По мере охлаждения планеты газы конденсировались, в атмосфере появилась вода, стали выпадать обильные дожди. Позже, когда на Земле появились океаны и биосфера, образование атмосферы продолжилось за счет газообмена между водой, растениями, животными и продуктами их разложения. И в течение долгого пути своего развития на протяжении 3–4 миллиардов лет атмосфера многократно изменяла свой состав и свойства.

Из чего состоит и как устроена атмосфера?

Воздух окружает нашу планету сравнительно тонким слоем. Вся воздушная оболочка Земли называется атмосферой (от древнегреческого: «атмос» - пар, «сфайра» - сфера). Она состоит из смеси газов (воздуха), водяного пара и примесей (аэрозолей).

Азот - самый распространенный в атмосфере газ. Он играет важную роль в обмене веществ в растительном и животном мире.

Кислород - самый активный в биологическом отношении газ атмосферы. Он необходим для дыхания.

С точки зрения метеоролога одной из самых важных частей атмосферы является углекислый газ. Хотя по объему он занимает всего 0,03%, изменение его содержания может коренным образом изменить погоду и климат Земли.

Атмосфера, в соответствии с изменением температуры с высотой, делится на несколько различных по толщине ярусов (слоев): тропосфера, стратосфера, мезосфера, ионосфера (термосфера) и экзосфера. Между основными слоями есть переходные слои: тропопауза, стратопауза, мезопауза, в которых происходит смена направления температуры в сторону повышения или понижения. Начало этих изменений означает переход к следующему слою.

• 
  Слои земной атмосферы
• 
  Слои атмосферы графика

• 
  Слои атмосферы
• 
  Полярное сияние

Сколько тепла и света получает Земля?

Излучение Солнцем тепла и света называется солнечной радиацией. Попадая в атмосферу, она частично поглощается и переходит в другие виды энергии. Около 30% радиации атмосфера рассеивает во все стороны, в том числе и к земной поверхности. Это рассеянная радиация. Та радиация, которая доходит до поверхности, не рассеиваясь и не поглощаясь в атмосфере, называется прямой радиацией. Вместе прямая и рассеянная радиация, подошедшие к поверхности, составляют суммарную радиацию.

Количество суммарной радиации зависит от угла падения солнечных лучей на поверхность, продолжительности дня, облачности и прозрачности атмосферы. Наибольшая суммарная радиация – в тропических пустынях. А у полюсов в день солнцестояния летом при незаходящем Солнце она даже больше, чем в этот день на экваторе. Тогда почему в полярных областях Земли холодно? Все дело в том, что белая поверхность снега и льда не нагревается, так как отражает до 90% солнечных лучей. Способность подстилающей поверхности отражать солнечные лучи называется альбедо, которое зависит главным образом от ее цвета.

Атмосфера получает больше тепла от подстилающей поверхности, чем непосредственно от Солнца, поэтому температура в тропосфере с высотой понижается.

Температура воздуха изменяется в течение суток и в течение года. В течение суток самая низкая температура наблюдается после восхода Солнца, а самая высокая – после полудня. В направлении от экватора к полюсам температура воздуха понижается. Но при этом над сушей она всегда выше, чем над океаном. В таблице показана средняя годовая температура на параллелях: а) без учета влияния переноса тепла воздушными течениями и неоднородности поверхности и б) с учетом этих влияний. На основании этих данных можно сделать два вывода:

• Без переноса тепла воздушными течениями на экваторе было бы еще жарче, а на полюсах еще холоднее.
• Южное полушарие холоднее северного, главным образом из-за покрытой льдом и снегом суши у Южного полюса.

Давление атмосферы

Вследствие нагревания и охлаждения воздух перемещается, и его давление на подстилающую поверхность изменяется. Давление повышается там, где воздуха становится больше, и понижается там, откуда воздух уходит. Атмосфера давит на подстилающую поверхность с силой в среднем 1,033 г на 1 см² (больше 10 т на 1 м²). Измеряют давление в мм ртутного столба, миллибарах (1 мб = 0,75 мм. рт. ст.) и в гектопаскалях (1 мм = 1 мб).

С высотой давление понижается. В нижнем слое тропосферы до высоты 1 км оно понижается на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м. Чем выше, тем давление понижается медленнее.

Для измерения атмосферного давления служат приборы: ртутный барометр, барометр-анероид и современные цифровые барометры.

Вода в атмосфере

Откуда в атмосфере вода?

Вода в атмосфере содержится в виде молекул (пар), капелек и кристаллов. Они появляются там в результате испарения с поверхности водоемов, выделения живыми организмами при процессах дыхания и обмена веществ, а также как побочный продукт вулканической деятельности, промышленного производства и окисления различных веществ. Потом содержащийся в атмосфере пар, сконденсировавшись, превращается в воду.

Содержание водяного пара в воздухе характеризуется показателем влажности. Если подсчитать количество пара в граммах на 1 м3, то это абсолютная влажность. Более распространенной характеристикой содержания пара в воздухе является относительная влажность, значения которой сообщаются в ежедневных сводках погоды. Относительная влажность представляет собой отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое может содержаться при данной температуре, и выражается в процентах. Она показывает степень насыщения воздуха водяным паром.

• 
  Относительная влажность
• 
  Содержание водяного пара в воздухе при различных температурах

Измерить влажность воздуха можно с помощью специальных приборов. Приборы для измерения относительной влажности воздуха

Во что превращается пар в атмосфере?

Водяной пар поступает в атмосферу в результате процесса испарения с поверхности. Испарение зависит от температуры испаряющейся воды и относительной влажности воздуха. Насыщенный воздух не может вместить больше водяного пара, если температура его не повысится. При повышении температуры он удаляется от насыщения, при понижении, наоборот, в нем может начаться конденсация, и при различных условиях образуются облака и разнообразные атмосферные осадки.

• Виды облаков
• 

  Виды осадков
• 

  Факторы образования атмосферных осадков
• Как образуется иней, роса, дождь и снег

А вот так выглядит прибор для сбора и измерения количества выпавших атмосферных осадков. Называется он осадкомер (дождемер), а по-научному - плювиометр. Он представляет собой цилиндрическое ведро строго определенного сечения, устанавливаемое на метеоплощадке. Количество осадков определяется путем сливания попавших в ведро осадков в специальный дождемерный стакан, площадь сечения которого также известна. Твердые осадки (снег, крупа, град) предварительно растапливаются. А для измерения толщины снежного покрова при метеонаблюдениях применяют снегомерную рейку.

• 
  Осадкомер
• 
  Снегомерная рейка

Движение воздуха

Почему дует ветер и что такое роза ветров?

Воздух движется непрерывно: он поднимается (восходящее движение) и опускается (нисходящее движение), и перемещается в горизонтальном направлении (ветер). Ветер характеризуется несколькими параметрами.

Скорость ветра успешнее всего измеряется ветромером (чашечным анемометром) - измерительным прибором, на вертикальной оси которого крестообразно укреплены чашки - полушария, которые вращаются от любого, даже легкого, ветерка, и чем он сильнее, тем быстрее происходит вращение. От оси прибора идет передача к счетчику оборотов.

Рядом с ветромером обычно устанавливают флюгер, указывающий направление ветра. На аэродромах и возле мостов, где ветер может представлять опасность для автомобилей, устанавливаются ветроуказатели - большие конусообразные мешки из полосатой ткани, открытые с обеих сторон.

Прежде чем люди научились измерять скорость ветра в м/сек. или км/ч, они пользовались для этой цели шкалой Бофорта, английского адмирала, который составил таблицу, описавшую и охарактеризовавшую разные ветры, сведенные в систему баллов от 0 (полный штиль) до 12 баллов (самый сильный ураганный ветер, доходящий до скорости 117 км/ч). Однако при смерчах и тропических циклонах скорость его бывает еще больше.

По данным наблюдений за направлением ветра строят диаграмму, которая называется «розой ветров». Для чего и как была придумана "РОЗА ВЕТРОВ»?

Какие бывают ветры?

Ветер всегда дует из области высокого давления в область низкого давления. Чем больше разница в давлении, тем сильнее ветер. Ветры бывают трех типов: ветры, являющиеся частью общей циркуляции атмосферы (постоянные и сезонные), местные ветры и ветры циклонов и антициклонов. Направление ветра зависит от распределения атмосферного давления и от отклоняющего действия вращения Земли. На схеме стрелками показано, в каком направлении дуют постоянные ветры: пассаты (от 30 0 широт к экватору), западные (воздух, направляющийся от тропических широт в умеренные, отклоняется к востоку), восточные (из высоких широт в умеренные дуют ветры с преобладанием восточной составляющей). На границах материков и океанов эта схема преобладающих ветров сильно нарушается. Здесь возникают сезонные ветры - муссоны, которые зимой дуют с материка на океан, летом – наоборот, с океана на материк.

• 
  Вода
• 
  Пассаты карта
• 
  Образование муссонов

В зависимости от местных условий (рельеф, растительность, водоемы) возникают различные местные ветры. К ним относятся:

Горно-долинные ветры возникают в горных районах в результате различного нагрева (и охлаждения) атмосферы над гребнями горных хребтов, склонами и дном долины. Днем они дуют вверх по склонам гор и вверх по дну долины (долинные ветры), ночью - в обратном направлении (горные ветры).

Циклоны и антициклоны

В тропосфере постоянно возникают, развиваются и исчезают вихри различных размеров, от мелких («пылевых») до гигантских циклонов и антициклонов.

Погода и климат

Что определяет погоду?

Мы уже знаем, что на Земле существуют различные времена года, области с разным климатом. В каждый момент времени в определенном месте в атмосфере могут быть облака и безоблачность, ветер и штиль, дождь, гроза и снег, жара и холод. Любое состояние тропосферы в данном месте и в данный момент времени называется погодой.

Погода отличается изменчивостью, многообразием и повторяемостью. На Земле есть территории, где в течение года постоянно наблюдается одна и та же погода. Например, на экваторе весь год стоит жаркая погода с сильными дождями, а в умеренных широтах в разные сезоны года погода меняется. Что же определяет погоду? Главными конструкторами погоды являются солнце, воздух и вода, формирующие элементы погоды: температуру давление, влажность, изменение которых приводит к возникновению разнообразных погодных явлений.

В природной среде человек чаще всего встречается с обычными погодными явлениями (ветер, дождь, снег), но время от времени в ней возникают опасные погодные явления, которые угрожают здоровью и жизни человека. Что такое опасные погодные явления?

• 

  Шквал

• 

  Торнадо

• 

  Гроза

• 

  Ураган

• 

  Крупный град

Как предсказывают погоду?

С древности люди предсказывали погоду по местным признакам. Наблюдали изменение температуры, облачности, вида облаков, направления ветра, поведения животных и растений. И в настоящее время уточнять прогноз погоды помогают местные признаки и народные приметы. Достоверность многих народных примет метеорологи могут сегодня подтвердить с помощью науки метеорологии. Сегодня наблюдения за погодой осуществляются с помощью различных приборов и самой современной техники на метеорологических станциях, расположенных во всех регионах мира – не только на суше, но и в океанах на специальных судах. К наземным наблюдениям прибавляются также различные данные, получаемые метеорологами из верхних слоев атмосферы с помощью шаров-зондов, метеоспутников.

• 
  Метеорологический спутник
• 
  Новый японский метеорологический спутник

Наблюдение за погодой ведут спутники, которые круглосуточно передают на Землю метеорологические данные.

Затем результаты наблюдений передаются в центры гидрометеорологических данных. Здесь они обрабатываются, и информация о погоде наносится на синоптические карты. На картах показывают атмосферное давление, фронты, температуру воздуха, направление и скорость ветра, облачность и осадки. Распределение атмосферного давления свидетельствует о положении циклонов и антициклонов.

На основе синоптической карты, подобной этой, составляется прогноз погоды. Во всем мире пользуются общими условными знаками.

Изучив закономерности протекания атмосферных процессов, можно прогнозировать погоду. Точный прогноз погоды - исключительно сложное дело, поскольку трудно учесть весь комплекс взаимодействующих факторов в их постоянном развитии. Предсказания на срок до трех суток оправдываются на 87 - 89%. Наибольшей точностью отличаются специализированные прогнозы, например, авиационные.

Что влияет на погоду?

Изменение количества солнечного тепла, получаемого в течение суток и в течение года, движение и взаимодействие воздушных масс, атмосферные фронты, циклоны и антициклоны изменяют погоду, влияют на нее. Воздушные массы различаются по температуре, влажности, запыленности, давлению. Атмосферная циркуляция перемещает воздушные массы, и в тех местах, где соприкасаются разные по свойствам воздушные массы, образуются атмосферные фронты. Главное из этих свойств – температура (холодный или теплый воздух). В зависимости от того, какой воздух активнее, в какую сторону смещается фронт, он называется теплым или холодным.

• 
  Теплый фронт
• 
  Теплый фронт

Теплый фронт означает наступление теплого воздуха, медленно оттесняющего холодный. Он приносит потепление, которому предшествуют осадки, выпадающие из слоистых облаков.

• 
  Холодный фронт
• 
  Холодный фронт

Холодный фронт, наоборот, означает наступление холодного воздуха, быстро вытесняющего теплый. Он приносит похолодание. Его приход сопровождается усилением ветра, а иногда и грозами, смерчами. Осадки выпадают в основном после прохождения линии фронта.

Условия, благоприятные для возникновения атмосферных фронтов, существуют в циклонах умеренных широт. В циклонах встречаются теплый и холодный воздух, устремляющийся к центру области пониженного атмосферного давления. В антициклоне условий для образования атмосферных фронтов нет, так как в нем воздух опускается и растекается.

Что такое климат?

Климат — многолетний режим погоды, типичный для данного района Земли, как бы средняя погода за много лет. Термин «климат» был введен в научный оборот 2200 лет назад древнегреческим астрономом Гиппархом и означает по-гречески «наклон» (klimatos). Ученый имел в виду наклон земной поверхности к солнечным лучам, различие которого от экватора к полюсу уже тогда считалось главной причиной различий погоды в низких и высоких широтах. Позднее климатом назвали среднее состояние атмосферы в определенном районе Земли, которое характеризуется чертами, практически неизменными на протяжении одного поколения, то есть порядка 30-40 лет.

Что влияет на климат?

Как и погода, климат зависит от количества солнечной радиации, от перемещения воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов, антициклонов и от свойств подстилающей поверхности. Основными показателями климата являются: температура воздуха (средняя годовая, января и июля), преобладающее направление ветров, годовое количество и режим осадков. Карты, на которые нанесены показатели климата, называются климатическими.

• 
  Климатообразующие факторы
• 
  Климатические пояса и области мира

Основой для выделения на климатических картах климатических поясов и областей являются тепловые пояса и господствующие типы воздушных масс.

В зависимости от места образования выделяют четыре типа воздушных масс. Внутри главных (зональных) типов воздушных масс существуют континентальный (материковый) и океанский (морской) подтипы, формирующиеся соответственно над материком или над океаном.

Выделяют семь основных климатических поясов: экваториальный, два тропических, два умеренных, два полярных (арктический и антарктический). Между основными расположены переходные климатические пояса: два субэкваториальных, два субтропических и два субполярных. Они отличаются сменой воздушных масс: зимой господствует воздушная масса основного пояса, соседнего со стороны полюса, летом – со стороны экватора. Климатические пояса Земли

Полезные ссылки

Глоссарий

Абсолютная влажность – количество водяного пара в атмосфере в граммах на 1 м3.

Альбедо --способность земной поверхности отражать солнечные лучи.

Анемометр – прибор для измерения скорости ветра.

Антициклон – область высокого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от центра к краям и отклоняющихся по часовой стрелке.

Атмосфера – газообразная оболочка Земли.

Атмосферный фронт – зона взаимодействия, раздел между воздушными массами между воздушными массами с разными свойствами.

Аэрозоли – твердые или жидкие частицы, находящиеся в атмосфере во взвешенном состоянии, служат ядрами для конденсации водяного пара в атмосфере.

Барометр (от греч. «baros» - тяжесть и «matreo» - измеряю) - прибор для измерения атмосферного давления.

Барометр-анероид (от греч. aneros – «без жидкости») - представляет собой круглую металлическую коробку, из которой откачан воздух. Движение стенки коробки под воздействием атмосферного давления передается стрелке, двигающейся по круговой шкале, градуированной в единицах давления (кПа или мм рт. ст.).

Бриз - ветер, который дует на побережье морей и больших озёр.

Влажность – содержание водяного пара в воздухе.

Воздушные массы – большие объемы воздуха тропосферы, обладающая сравнительно однородными свойствами воздуха.

Давление воздуха - сила, с которой воздух давит на земную поверхность.

Испарение – переход жидкости или твердого тела в газообразное состояние.

Климат — многолетний режим погоды, типичный для данного района Земли.

Климатический пояс – однородные по климату области планеты, которые располагаются вдоль широты планеты и существенно отличаются друг от друга.

Конденсация – переход водяного пара в жидкое состояние.

Муссоны – ветры, меняющие свое направление два раза в год, зимой они дуют с материка на океан, летом – наоборот, с материка на океан.

Озоновый слой – слой атмосферы на высоте примерно 25 км с высоким содержанием озона (трехатомного кислорода О3), препятствует поступлению на Землю излишнего количество ультрафиолетовой радиации.

Относительная влажность - отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое может содержаться при данной температуре и выражается в процентах.

Пассаты – постоянные ветры, дующие от 30 0 широт к экватору.

Плювиометр (от латин. pluvium - дождь и греч. metreo - измеряю) – прибор для сбора и измерения количества выпавших атмосферных осадков.

Погода - состояние тропосферы в данном месте и в данный момент времени.

Рефракция – преломление и искривление солнечного луча света при прохождении слоев атмосферы, имеющих неодинаковую плотность.

Роза ветров - диаграмма, характеризующая режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям и выглядит как многоугольник, у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях, пропорциональны повторяемости ветров этих направлений («откуда» дует ветер).

Ртутный барометр - представляет собой наполненную ртутью стеклянную трубку, опущенную открытым концом в чашку со ртутью. Ртуть в трубке поднимается и опускается в соответствии с изменениями погодных условий.

Синоптическая карта – карта, на которой нанесены результаты метеорологических наблюдений на обширной территории.

Флюгер – прибор для измерения направления ветра.

Циклон – область низкого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от краев к центру и отклоняющихся против часовой стрелки.

Библиография

• Вайсберг Дж. С. Метеорология. Погода на земле. Л. Гидрометеоиздат, 1980.
• География: Справ. материалы: Кн.- с. Для учащихся сред. и ст. возраста/А.М. Берлянт, В.П. Дронов, И.В. Душина и др.; Под ред. В.П. Максаковского. – М.: Просвещение, 1989. – с. 34 - 55.
• География Климат https://geographyofrussia.com/klimat/
• Географический портал Словари Атмосфера Ветры http://www.geo-site.ru/index.php/2011-01-11-14-54-45/114-2011-02-21-16-29-48/449-slovar-veter.html
• Для чего и как была придумана «РОЗА ВЕТРОВ»? http://www.naukaland.ru/questions/152/dlya-chego-i-kak-byila-pridumana-roza-vetrov-
• Солнечная радиация http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/solnechnaya-radiaciya.html
• Углекислый газ в вашем доме, содержание СО₂ http://www.almaz-servis.ru/index/doc/id/71
• Комсомольская правда Карта гроз и осадков: 8 онлайн-сайтов, чтобы следить за погодой https://www.kp.kg/daily/26698/3723078/
• Приборы для измерения относительной влажности воздуха http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/d958229e-be82-22d1-e23e-26c17130ea88/00149789824182195.htm
• Презентация на тему: Метеорологические приборы http://www.myshared.ru/slide/41357/
• Сезоны года Общеобразовательный журнал Климатические пояса Земли http://xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai/%D0%BA%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5%20%D0%BF%D0%BE%D1%8F%D1%81%D0%B0.html